La comuna tiene 2.597 km², que equivale al 15,8% de la superficie regional, siendo la de mayor tamaño de la región. Gran parte del territorio comunal corresponde a la Cordillera de Los Andes, por lo que genera que la mayor concentración demográfica se produzca en las planicies de los valles del Río Cachapoal y principal en el sector urbano del centro de la comuna, contigua a la capital regional, esto es en los sectores de Machalí centro y Santa Teresa.
A la comuna se le reconocen cuatro sectores o localidades urbanas, estas son: Machalí centro; El Guindal; Santa Teresita y Coya. Además existen localidades o caseríos rurales, tales como: Chacayes, Nogales, San Joaquín de los Mayos, Termas de Cauquenes, además de un asentamiento industrial que corresponde a la División Teniente de Codelco Chile, dentro del cual se emplazan Sewell y el centro de esquí Chapa Verde.
Del territorio comunal un 0,43 % corresponde a áreas urbanas e industriales, un 2,17 % comprende áreas agrícolas y el resto, es decir un 97,4 % de su territorio es parte de la precordillera y la zona montañosa de la cordillera de los Andes, prodiga en minería, pastizales, reservas naturales y zonas ecoturísticas.
